Структура и прочность железомарганцевых сплавов с высоким содержанием алюминия

• Автор: Бронз, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 Литературный обзор. Развитие и применение сплавов на основе системы Ре-Мп-А

1.1 Тенденции развития высокопрочных сплавов на основе железа

1.1.1 Основные направления в разработках новых сталей

1.1.2 Термомеханическая обработка как эффективный способ формирования структуры высокопрочных сплавов (сталей)

1.1.3 Перспективы развития высокопрочных сплавов третьего поколения

1.2 Сплавы Ее-Мп-А1-С

1.2.1 Фазы и фазовые превращения

1.2.1.1 Система Ее-Мп

1.2.1.2 Влияние дополнительного легирования на превращения в сплавах системы Ре-Мп

1.2.1.3 Система Ре-Мп-А1-С
1.2.2 Термическая обработка, механизмы упрочнения и свойства Ре-Мп-А1-С сплавов
1.2.2.1 Закалка. Превращения при нагреве и охлаждении
1.2.2.2 Старение. Фазовые превращения и дисперсионное твердение
1.2.2.3 Деформационное упрочнение и механические свойства
1.2.2.4 Окалиностойкость и коррозионная стойкость
1.2.2.5 Физические свойства
1.2.3 Термомеханическая обработка Ре-Мп-А1-С сплавов
1.2.4 Проблемы и перспективы применения
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВНАНИЙ
2.1 Построение и анализ диаграмм фазовых равновесий
2.2 Способы получения экспериментальных сплавов
2.3 Выбор режимов обработок
2.4 Методики испытаний и исследований
2.4.1 Металлографический анализ
2.4.2 Рентгеноструктурный анализ
2.4.3 Измерение твердости
2.4.4 Испытание на горячее и теплое сжатие
2.4.5 Испытание на изгиб
2.4.6 Измерение плотности
2.4.7 Измерение удельной теплоемкости
2.4.8 Измерение удельной теплопроводности
2.4.9 Дилатометрический анализ

3 РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
ЗЛ Диаграммы фазовых равновесий системы Ре-Мп-АБС-Ы. Положение фазовых регионов и возможный фазовый состав
3.2 Исследование в литом состоянии
3.2Л Рентгенографические исследования
3.2.2 Металлографические исследования
3.3 Горячая деформация
3.3.1 Испытание на горячее сжатие. Диаграммы горячей деформации (ДГД)
3.3.2 Структура горячедеформированного металла
3.4 Теплая деформация
3.4.1 Испытание на теплое сжатие. Диаграммы теплой деформации (ДТД)
3.4.2 Структура металла после теплой деформации
3.5 Превращения при нагреве и охлаждении. Отпуск
3.6 Твердость
3.7 Холодная деформация
3.8 Физические свойства
3.8.1 Исследование параметра решетки
3.8.2 Плотность
3.8.3 Теплоемкость
3.9 Возможные области применения Ее-Мп-А1-С-181 сплавов
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В последние несколько десятилетий значительные усилия исследователей направлены на разработку новейших высокопрочных сталей, т.н. advanced high-strenght steel (AHSS). Ужесточение требований безопасности автотранспорта вместе с желанием самих автовладельцев повысить собственную безопасность в случае аварии и тенденция к увеличению экономии топлива стимулировали широкое применение в элементах конструкции автомобильного кузова новейших высокопрочных сталей. Среди прочих к этому классу сталей относятся и высокомарганцсвые аустенитные ТРИПЛЕКС с высоким содержанием алюминия, в которых превращение остаточного аустенита в мартенсит при деформации сопровождается деформационным упрочнением. Они пластичны, способны к упрочнению. Важным свойством этих сталей является маломагнитность.
При использовании стали в ядерной энергетике, физике высоких давлений, космической технике, ракетостроении, транспортировке и потреблении сжиженных газов (метана, азота, кислорода, водорода, гелия) к свойствам материала выдвигают повышенные требования по прочности, пластичности, коррозионной стойкости, сопротивлению коррозионному растрескиванию, стабильности фазового состава, сопротивлению хрупкому разрушению, совместимости с рабочей средой, технологичности в процессе производства, экономической целесообразности и т. п.
Указанным требованиям часто удовлетворяют высокопрочные сплавы, созданные на основе системы Fe-Mn-Al-C, представляющие собой новую группу так называемых TRIPLEX сплавов с высоким содержанием марганца и алюминия. Изначально эти сплавы создавали с учетом возможности заменить ими более дорогостоящие аустенитные хромоникелевые коррозионностойкие стали и по применению во многом с ними совпадают. Выбор нового комплекса легирования высокомарганцевых сплавов, содержащих алюминий, углерод и азот, а соответственно и новый набор реализуемых в сплавах свойств, безусловно, дает новые возможности их применения., например, в качестве материала для легких высокопрочных вращающихся деталей в высокочастотном электрооборудовании, благодаря их пониженному удельному весу и немагнитное (или слабой магнитности) в термообработанном состоянии. Показано, что эти сплавы перспективно применять в криогенной технике для транспортировки и хранения сжиженных газов. Данные сплавы обладают высоким уровнем пластичности в сочетании с высокой удельной прочностью.
Кроме высокого уровня механических свойств современные материалы должны обладать и определенными физическими свойствами.

увеличивается. При содержании алюминия более 7% увеличивается прочность и, в следствие образования к-карбида, уменьшается пластичность и ударная вязкость. Более высокое содержание углерода оказывает положительное влияние на твердорастворное упрочнение и карбидообразование, но уменьшает ударную вязкость [63].
При содержании углерода ниже 0.7 % микроструктура сплавов в термообработанном состоянии была двухфазной (дуплекс). После старения пределы текучести и прочности монотонно увеличивались со скоростью приблизительно 30- 40 МПа на каждые 0,1% С. Это увеличение прочности было связано с увеличением объемной доли к-карбида. Ударная вязкость была максимальной (приблизительно 125 Дж/см2) приблизительно при 0.7 % углерода и затем монотонно уменьшалась с увеличением содержания углерода. При содержании углерода более 1 % было отмечено, что к-карбид выделялся вдоль границ аустенитных зерен и ударная вязкость уменьшалась приблизительно до 40 Дж/см2. Изменение пластичности имело ту же тенденцию, что и ударная вязкость. Пластичность была максимальной при 0,8 % С. Схожие результаты для двух сплавов Бс-30Мп-9,5А1-С с различным содержанием углерода (0,91 и 1,03 %), состаренных при 550°С получены в работе [66]. На рисунке 15 показаны твердость по Бринеллю и предел текучести для разных содержаний углерода. Большая твердость и прочность были получены на более углеродистом сплаве при всех временах старения. Максимальные пределы прочности и текучести для сплавов с 1,3 %С составляли 1300 и 1200 МПа соответственно.
Влияние содержания марганца было исследовано Калашниковым и др. при фиксированных содержаниях алюминия и углерода 9,0 % и 0,9 %, соответственно. На рисунке 16 приведены механические свойства в диапазоне содержания марганца от 24 до 34% [63]. Пределы текучести и прочности достигают максимума при содержании марганца 26%. Пластичность и ударная вязкость максимальны при содержании марганца 31%. Калашников и др. пришли к заключению, что оптимальный химический состав сплава, имеющий лучший баланс прочности, пластичности и ударной вязкости, должен иметь 25-31% Мл, 6,2 - 9,7% А1, и 0,7- 1,0% С. Этот диапазон химического состава является наиболее распространенным в исследованиях системы Бе-Мп-А1-С.